Электронно-ионное взаимодействие и туннельный эффект в кремниевых структурах металл–окисел–полупроводник

• Автор: Чучева, Галина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Зеленоград
• Количество страниц: 175 с. : 53 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1.1 Компьютеризированная измерительная установка

1.2 Исследования кинетики ионной поляризации и деполяризации

подзатворного окисла

1.3 Прецизионное определение нормированной квазиравновесной вольтфарадной характеристики МОП-структуры
1.4 Определение абсолютной величины поверхностного потенциала полупроводника по квазиравновесным вольтфарадным характеристикам МОП-структур

1.5 Наблюдения кинетики генерации неосновных носителей заряда

и туннельной проводимости окисла в Бі-МОП-структурах

Глава 2. ИОННЫЙ ТРАНСПОРТ В ОКИСЛЕ Бі-МОП-СТРУКТУР И ЭФФЕКТЫ ЭЛЕКТРОННО-ИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ У ГЕТЕРОГРАНИЦЫ 8і/8Ю2
2.1 Состояние проблемы
2.2 Определение характеристик ионного транспорта в окисле по динамическим ВАХ 8і-МОП-структур
2.3 Проявления электронно-ионного взаимодействия у гетерограницы 8і/8Ю2
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ОКИСЛА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ
3.1 Увеличение эффективной подвижности электронов в инверсионном канале 8і-МОП-транзистора при ионной поляризации подзатворного окисла
3.2 Самоорганизация характеристик полевых транзисторов с изолированным затвором посредством спонтанной ионной поляризации окисла

Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ У ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА НА Н ОМАСШТАБНОГО РАЗМЕРНО-КВАНТУЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛЬНОГО РЕЛЬЕФА ПОСРЕДСТВОМ ИОННОЙ ИЛИ ЭЛЕКТРОННО-
ИНЖЕКЦИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ОКИСЛА МОП-СТРУКТУР
Глава 5. ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЦИЯ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА У ПЛАНАРНО-НЕОДНОРОДНОЙ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА Ьі/8і02
5.1 Базовые каналы генерации неосновных носителей заряда у гетерограницы полупроводник-диэлектрик
5.2 Влияние электрической неоднородности гетерограницы БіОг/Бі
на темп генерации неосновных носителей заряда
5.3 Особенности генерации неосновных носителей заряда через пограничные состояния
5.4 Исследования генерации неосновных носителей заряда в Бі-
МОП-структурах на ступенчатых сигналах напряжения
Глава б. ТУННЕЛЬНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ТОНКИХ И СВЕРХТОНКИХ ОКИСЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ Бі
6.1 Проявление туннельной проводимости тонкого подзатворного окисла в кинетике генерации неосновных носителей заряда в МОП-структурах
6.2 Реконструкция зависимостей туннельного тока от падения напряжения на сверхтонком окисле по вольтамперным и вольтфарадным характеристикам структур п+-8і-8іОг-п-8і
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Наномасштабирование электронных приборов на основе структур ме-талл-окисел-полупроводник (МОП) требует согласованного с сокращением латеральных размеров элементов уменьшения толщины подзатворного изолятора до =2нм (традиционный окисел кремния) и до 5-20нм (изолирующие слои с высокой диэлектрической проницаемостью £/>5) [1-6]. Сверхтонкие диэлектрические слои используются в полевых транзисторах с изолированным затвором, СВЧ-туннельных диодах, системах динамической и «флэш» памяти, приборах с зарядовой связью, сверхрешетках 8Ю2/81 и пр.[6-9]. Сверхтонкие изоляторы в такого рода системах оказываются в ранее нереализовавшихся экстремальных условиях, подвергаясь воздействию сильных электрических полей, высоких токовых нагрузок и терморазогрева. Становятся существенными туннельная инжекция и инжекция горячих носителей заряда в изолятор, транспорт подвижных заряженных частиц в изолирующих слоях, а также электронноионное взаимодействие на гетерогранице полупроводник/диэлектрик. Эти явления сопровождаются процессами генерации, аннигиляции и перераспределения объемного заряда в изоляторах, что проявляется в радикальном изменении, как правило в худшую сторону, электронных свойств гетерограниц. Несмотря на интенсивные исследования инжекционно-туннельного воздействия на характеристики подобных систем наблюдаются лишь его «приборные» последствия, тогда как фундаментальные механизмы такого воздействия и его проявления в электронных свойствах гетерограниц остаются невыясненными, в частности, из-за неадекватности используемого при этом экспериментальнометодического аппарата. Это относится как к классическим 8ьМОП-системам, так и к некремниевым структурам на основе широкозонных полупроводников (СаЫ, БЮ, ОаАэ и т.д.), а также к МОП-элементам, использующим изоляторы с высокой диэлектрической проницаемостью (А1203, 2г02, НЮ2, СсЬОз, У203 и пр.) [10-20]. Таким образом, исследования механизмов электропроводности и релаксации термодинамически неравновесных ионной и электронной подсис-

где Езт и Д - положение максимума и характерная ширина распределения соответственно, N.. - интегральная плотность ПС в диапазоне энергий [О, Е]. Заполнение ПС

пЖ ЕЖ рЧ„(Е') {1 +ехр-(Е —Е/5)/кТ}_/йЕ' (1.7)

где /={+ехр[-(Е-Ер)/кТ}~' - функция Ферми, Ер=Ер-цщ, Е/ - положения уровней Ферми на гетерогранице полупроводник/диэлектрик и в объеме полупроводника соответственно. Заряд ПС ОЕ, Е)=-дп(Е, Ер) и емкость ПС
С.Ж, ЕЖ С Ж, у/х) ЖПзМЕусІп/сІ у/„ или
/гг ЕПг ехР[-(Е'-Е/ + сщ//кТ]
С5$(Е, у/$) 1ТЫ35(Е) , )//т’7>2 (1-8)
кГ о { +ехр[-(Е - Ер + ду/8)/кТ]}
При определении модельной ВФХ Сутос/[ Уе( (Д5)] следует учитывать наличие сдвига АУ3, а также (1.7) и (1.8), так что [ср. с (1.2), (1.4)]:
С,т0/Щ)= + Уд-АУе
4 +[сж)+с3м]/с
+ '/С- (1.9)
с, С
Следуя (1.9), рассчитаем для п-ЗьМОП-структуры модельную ВФХ полагая, что на ее гетерогранице в верхней половине щели 81 присутствуют ПС со спектральной плотностью (1.6): 1-1012см~2эВ~1, Ес—Езт=:0,ЪэВ, Д=4кТ,
Г=293К. Примем АУг=-0,5В. В полученную таким путем ВФХ посредством генератора случайных чисел введем статистическую погрешность на экспериментально реальном уровне - +10-2 %. На рис. 1.5 (вставка) представлены идеальная [соотношения (1.2)—(1.5)] и модельная [соотношения (1.6)—(1.9)] ВФХ, рассчитанные с заданным, точным, значением С,—5,14680-1 0“8Ф/см2. Параметры расчета приведены в подписи к рис. Найдем по этим ВФХ зависимость 5Уд(С/С{), считая нормировочный коэффициент - «емкость диэлектрика» - С, неизвестным. Вначале построим в функции от С/С] =С„т/( У/ю‘1)/С<=С1ЛУ//)/С, разность напряжений между данными ВФХ ЗУУ—У. Полученная кривая - сплошная линия на рис.1.5. Видно, что в области инверсии, в которой ПС